SISTEM PROTEKSI MOTOR INDUKSI 3 FASA DARI …digilib.unila.ac.id/23770/3/SKRIPSI TANPA BAB...
78
SISTEM PROTEKSI MOTOR INDUKSI 3 FASA DARI GANGGUAN TIDAK SEIMBANG DAN TEMPERATUR LEBIH MENGGUNAKAN MIKROKONTROLLER (SKRIPSI) Oleh Didit Very Kuswoyo FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2016
Transcript of SISTEM PROTEKSI MOTOR INDUKSI 3 FASA DARI …digilib.unila.ac.id/23770/3/SKRIPSI TANPA BAB...
SISTEM PROTEKSI MOTOR INDUKSI 3 FASA DARI GANGGUAN TIDAK SEIMBANG DAN TEMPERATUR LEBIH MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLLER
(SKRIPSI)
Oleh
Didit Very Kuswoyo
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG 2016
ABSTRAK
SISTEM PROTEKSI MOTOR INDUKSI TIGA FASA DARI GANGGUAN
TIDAK SEIMBANG DAN TEMPERATUR LEBIH MENGGUNAKAN MIKROKONTROLLER
Oleh
DIDIT VERY KUSWOYO
Motor induksi tiga fasa merupakan jenis motor yang paling sering digunakan pada proses produksi di industri. Hal ini dikarenakan motor induksi memiliki beberapakontruksi peralatan yang sederhana danbiaya perawatannya yang relatif rendah.Motor induksi tiga fasa merupakan peralatan yang sering bekerja dalam waktu yang lama, gangguan yang sering timbul pada motor induksi yaitu gangguan ketidakseimbangan dan temperatur lebih. Ketidakseimbangan beban dapat mengakibatkan temperatur belitan naik.Temperatur lebih ini dapat mengakibatkan kebakaran pada isolasi belitan yang selanjutnya mengakibatkan kegagalan operasi motor induksi.Oleh karena itu dibutuhkan suatu sistem peralatan proteksi untuk mengatasi kegagalan motor induksi saat bekerja.
Penelitian tugas akhir ini merancang dan membuat alat proteksi dari gangguan tidak seimbang dan temperatur lebih dengan menggunakan mikrokontroler.Sensor arus dan sensor temperatur digunakan sebagai data masukan ke mikrokontroler.Mikrokontroler akan bekerja bila persentase ketidakseimbangan arus setiap fasa dan temperatur motor induksi melebihi melebihi batas yang telah diset.
Pengujian dilakukan dengan mengatur beban setiap fasa pada sisi stator atau memutus salah satu fasa dan mengukur temperatur dari motor induksi.Batas temperatur operasi yang diset adalah 450C dan batas persentase ketidakseimbangan arus adalah 20%.Hasil pengujian menunjukkan bahwa peralatan proteksi yang dibuat dapat bekerja dengan baik dan memutus suplai motor induksi bila temperatur motor induksi dan keseimbangan arus beban melebihi nilai batas yang telah ditentukan.
Kata kunci: Sistem Proteksi, Motor Induksi Tiga Fasa,Gangguan Tidak Seimbang, Temperatur, Mikrokontroler.
ABSTRACT
PROTECTION SYSTEM OF THREE-PHASE INDUCTION MOTORFROM
UNBALANCED FAULT AND OVERTEMPERATUR USING MICROCONTROLLER
By
DIDIT VERY KUSWOYO
Three phase induction motor is a motor type most often used in the
production process in the industry. This is because the induction motor has some simple equipment construction and maintenance costs are relatively low. Three-phase induction motor is the equipment that often work for a long time, a disorder that often arise in induction motors that imbalance fault and temperatures. Load imbalance can result in winding temperature rise. These temperatures can result in a fire on the winding insulation which subsequently resulted in the failure of induction motor operation. Therefore, it needs a system of protective equipment to cope the failure of the induction motor while working.
This final project aim is to design and make protection toolsfrom unbalanced fault and over temperature by using a microcontroller. A current sensor and a temperature sensor are used as input data to the microcontroller. Microcontroller will work when the percentage of current imbalance of each phase and the induction motor temperature exceeds beyond the limits that have been set. Testing is performed by adjusting the load of each phase on the stator or breaks one phase and measuring the temperature of the induction motor. Limit operating temperature is 450C and the setting of percentage threshold current imbalance is 20%. The test results showed that the protective devices are made to work properly and cut-off supplies of an induction motor when the temperature of the induction motor and balance the load current exceeds a predetermined limit value. Keywords: Protection System, Three-Phase Induction Motors, Unbalanced Fault,
Temperature, Microcontroller
SISTEM PROTEKSI MOTOR INDUKSI 3 FASA DARI GANGGUAN TIDAK SEIMBANG DAN TEMPERATUR LEBIH MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLLER
Oleh
DIDIT VERY KUSWOYO
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK
pada
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDARLAMPUNG 2016
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Mexico Sintang Kalimantan Barat,
pada tanggal 10 Desember 1986. Penulis merupakan anak
keempat dari empat bersaudara dari pasangan Bapak
Daryono dan Ibu Hendro Yani. Riwayat pendidikan formal
penulis pertama kali mengenyam pendidikan di TK Pertiwi
Way Jepara Lampung Timur, dari tahun 1992 - 1993.
Kemudian penulis melanjutkan pendidikan dasar di SDN 3 Beraja Sakti Way Jepara,
diselesaikan pada tahun 1999. SLTPN 1 Way Jepara diselesaikan pada tahun 2002.
dan SMA Teladan Way Jepara diselesaikan pada tahun 2005. Pada tahun 2005,
Penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Lampung melalui jalur Non Regular 2005. Pada tahun 2009 penulis
melakukan kerja praktik (KP) pada Tanggal 1 Juli 2009 - 1 Agustus 2009 di PT.
Garudafood Putra Putri Jaya (GPPJ) yang bergerak dalam usaha pengemasan
makanan ringan (snack) dan minuman, Kabupaten Lampung Selatan, dalam jangka
waktu 1 bulan. Penulis menyelesaikan kerja parakteknya dengan menulis laporan
yang membahas tentang “Sistem Start Motor Pada Penyulingan Minyak PT.
Garudafood Putra Putri Jaya (PT. GPPJ)”
Motto
“Sesungguhnya Allah tidak mengubah keadaan sesuatu kaum, sehingga mereka mengubah keadaan yang ada pada diri mereka
sendiri” -Al Quran, Surat Ar Ra’d : 11-
“Man jadda wajada”
Siapa bersungguh sungguh pasti berhasil
“Man shabara zhafira” Siapa yang bersabar pasti beruntung
“Man sara ala darbi washala” Siapa menapaki jalan-Nya akan sampai ke tujuan
"Janganlah Memandang Orang Dari Sebelah Mata Karna kita Tidak Tau Kemampuan Orang Tersebut"
“Do not put off doing a job because nobody knows whether we can meet tomorrow or not”
“jangan menunda – nunda untuk melakukan suatu pekerjaan karena tidak ada yang tahu apakah kita dapat bertemu hari esok atau tidak”
“Every action has a reaction, every act has a consequence, and every kindness has kind reward"
“Setiap aksi memiliki, reaksi setiap perbuatan memiliki konsekuensi dan setiap kebaikan memiliki suatu balasan yang baik”
Kupersembahkan Skripsi ini Kepada Ayah dan Ibu Tercinta:
Daryono dan Hendro Yani Sembah dan baktiku haturkan atas jerih payah dan kasih
sayang yang telah mendidik, membekali dan memperjuangkan sampai akhir perjuangan studi ku.
Serta keluarga besarku ,Ketiga kakakku (Nanik Varida, Agus Andi Lala, dan Rikho Yayan Bhastiyan) Mbah Kakung
(Alm) dan Mbah Putri yang telah memberikan dukungan , serta orang special dalam hati, sahabat, rekan seperjuangan dan
orang-orang terdekat……………………AMIN
SANWACANA
Segala puji syukur kehadirat Allah SWT. Atas nikmat kesehatan dan kesempatan
yang diberikan kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian
tugas akhir ini. Sholawat serta salam selalu penulis haturkan kepada Nabi
Muhammad SAW sebagai suri teladan bagi umat manusia. Sehingga penulis dapat
menyelesaikan tugas akhir ini dengan judul “Sistem Proteksi Motor Induksi 3
Fasa Dari Gangguan Tidak Seimbang Dan Temperatur Lebih
Menggunakan Mikrokontroller” merupakan salah satu syarat untuk
memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Lampung.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Prof. Dr, Ir. Hasriadi Mat Akin, M.P, Selaku Selaku Rektor
Universitas Lampung;
2. Bapak Prof. Suharno, M.Sc. Ph.D. Selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Lampung;
3. Bapak Dr. Ing Ardian Ulvan, S.T., M.Sc, Selaku Ketua Jurusan Teknik
Elektro Universitas Lampung;
4. Bapak Dr. Herman H Sinaga. Selaku sekretaris jurusan teknik elektro
Universitas Lampung;
5. Bapak Osea Zebua, S.T.,M.T. selaku pembimbing utama sekaligus
pembimbing akademik penulis, yang selalu memberikan bimbingan, arahan,
dan pandangan hidup kepada penulis disetiap kesempatan dengan baik dan
ramah;
6. Noer Soerdjawanto, M.T. selaku Pembimbing Pendamping atas
kesediaannya meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan, saran dan
dukungan yang tiada henti dalam proses penyelesaian tugas akhir ini;
7. Dr. Eng. Endah Komalasari, S.T.,M.T selaku Penguji Utama tugas akhir.
Terima kasih atas saran dan kritik dalam tugas akhir ini;
8. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung atas ilmu yang
telah diajarkan selama ini;
9. Mbak Ning dan jajaran staf administrasi Jurusan Teknik Elektro Universitas
Lampung.
10. Bapak, Ibu, Kakak-kakak ku Nanik Farida, Agus Andi Lalla, Rikho Yayan
Bhastiyan dan segenap keluarga besarku tercinta yang telah melimpahkan
banyak kasih sayang, kesabaran, semangat, serta doa yang telah diberikan.
11. Seluruh Teknisi dan penghuni Laboratorium Terpadu Teknik Elektro
Universitas Lampung.
12. Teman – teman Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung: Frenki PS,
Amri Mustaqqin Marda, Reza A, Yudi Setiawan, Jati Untoro, Ahmad
Farizal, Saparuddin, Harry Dwi Saputra, Anton Saputra, Antonian S,
Panggih H, Hengki D, I Putu, Sudjarot, Insan Hakim, Jemi Anggara, Pak
Didik, Ade Hardeto, Joko, Angga Hidson, Asido, Dayat, Irawan Beny,
Muhlisin, Novan, Rizky DS, Singgih, Surya, Adi Kurniawan, Dedi I, Dedi
EK, Rahman, Indra, dan lain-lain atas segala dukungan, motivasi dan selalu
menemani penulis dalam suka maupun duka. Semoga kebersamaan ini tetap
terjaga selamanya
13. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu atas bantuan dan
dukungannya.
Semoga kebaikan, kemurahan hati dan bantuan yang telah diberikan semua pihak
mendapat balasan yang setimpal dari Allah SWT dan semoga hari-hari kita selalu
indah dan menjadi lebih baik lagi.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini tidak lepas dari kesalahan dan jauh dari
kesempurnaan, oleh karena itu saran dan kritik yang membangun penulis
harapkan demi perbaikan dimasa yang akan datang. Akhirnya, semoga skripsi ini
dapat berguna dan bermanfaat bagi kita semua.
Bandar Lampung, 08 Juni 2016 Penulis,
DIDIT VERY KUSWOYO
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI ...........................................................................................
DAFTAR GAMBAR ...............................................................................
DAFTAR TABEL ...................................................................................
I. PENDAHULUAN ................................................................................ 1 1.1. Latar Belakang .................................................................... 1 1.2. Tujuan Penelitian ................................................................. 2 1.2. Manfaat Penelitian ............................................................... 2 1.4. Rumusan Masalah ............................................................... 3 1.5. Batasan Masalah .................................................................. 3 1.6. Hipotesis Awal .................................................................... 4 1.7. Sistematika Penulisan .......................................................... 4
II. TINJAUAN PUSTAKA .................................................................... 6 2.1. Motor induksi 3 fasa ............................................................ 6
1. Keuntungan motor induksi 3 fasa ..................................... 7 2. Kerugian motor induksi 3 fasa……………………………. 7
2.2. Konstruksi motor induksi 3 fasa .......................................... 7 2.3. Jenis motor induksi 3 fasa dari segi rotor…………………… 8 2.4. Motor induksi 3 fasa rotor sangkar tupai .............................. 9 2.5. Motor induksi 3 fasa rotor belitan…………………………. . 10 2.6. Prinsip kerja motor induksi 3 fasa ........................................ 11 2.7. Efisiensi .............................................................................. 16 2.8. Ketidakseimbangan Beban…………………………………., 17 2.9. Analisis Ketidakseimbangan Beban……………………….... 23 2.10. Kontaktor magnit………………………………………….. 25 2.11. Arduino Uno …………………………………………...... 26
1. Pin Masukan Dan Keluaran Arduino Uno ............. ……… 27 2. Sumber Daya Dan Pin Tegangan Arduino Uno…………. 29 3. Bahasa Pemrograman Arduino......................................... 30
4. Fungsi Masukan Dan Keluaran Digital ............................ 30 2.11.1. LCD (Liquid Crystal Display). .................................... 33 2.12. Relay. ................................................................................ 32 2.13. Persyaratan Kualitas System Proteksi…………………. 34 2.14. ACS712 (Allegro Current Transformer)…………………… 36 2.15. Transformator (Trafo)………………………………………. 38 2.16. Prinsip Kerja Transformator………………………………... 39 2.17. Kapasitor……………………………………………………. 40 2.18. Transistor…………………………………………………… 42 1. Jenis Transistor……………………………………………. 43 2. BJT (Bipolar Junction Transistor)………………………… 44
III. METODE PENELITIAN .................................................................. 46
3.1. Waktu dan Tempat .............................................................. 46 3.2. Alat dan Bahan .................................................................... 46 3.3. Metode penelitian……………………………………………. 47 3.4. Prosedur Kerja ..................................................................... 48 1. Studi Literatur ..................................................................... 48
3.5. Penentuan SpesifikasiRancangan ......................................... 51 3.6. Perancangan Perangkat keras ............................................... 51 1. Power Supply………………………………………………… 51 2. Rangkaian Aktuator…………………………………………. 52 3. Rangkaian Sensor Suhu……………………………………… 53 4. Rangkaian Sensor Arus……………………………………… 55 5. Motor Induksi 3 Fasa………………………………………… 56 6. Perancangan perangkat Lunak ............................................. 56
7. PembuatanAlat ..................................................................... 56 8. PengujianAlat ...................................................................... 57 9. Diagram alir penelitian……………………………………… 58 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN………………………………………. 59
A. Hasil Rancangan Alat………………………………………. 59 1. Pengujian hardware……………………………………... 59 2. Elektrik Hardware Kontrol……………………………… 61 3. Rangkaian Catu Daya…………………………………… 62 4. Pengujian sensor suhuLM35..…………………………… 65 5. Pengujian Sensor Arus………………………………….. 68 6. Pengujian Pemicu Relay………………………………… 69 7. Pengujian Keseluruhan Alat…………………………….. 73
V. KESIMPULAN DAN SARAN…………………………………………. 78 5.1. Simpulan………………………………………………………… 78 5.2. Saran……………………………………………………………. 78 DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
4.1. Hasil Pengukuran Catu Daya………………………………………… 63
4.2. Pengukuran Sensor Suhu……………………………………………. 65
4.3. Pengukuran Relay Dan Tegangan Basis Transistor………………….. 70
4.4. Data Hasil Kalibrasi Pengukuran Ketidakseimbangan Pada R,S,T...... 73
4.5. Data Disaat Motor Trip/Off Dalam Ketidakseimbangan R,S,T…..…. 74
4.6. Data Pengujian Keseluruhan Disaat Normal R,S,T…..……………… 74
4.7. Data Pengujian Disaat R Tidak Dinyalakan………………………… 75
4.8. Datapengujian Disaat S Tidak Dinyalakan………………………… 76
4.9 Data Pengujian Disaat T Tidak Dinyalakan………………………… 77
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
2.1. Konstruksi Motor Induksi ............................................................... 7
2.2. Komponen Stator Motor Induksi Tiga Phasa ................................... 8
2.3. Rotor Jenis Sangkar Dan Bagian-Bagian Rotor Sangkar ................. 9
2.4. Motor Induksi Dengan Rotor Sangkar ............................................. 10
2.5. Skematik Diagram Motor Induksi Rotor Belitan ............................ 11
2.6. Konstruksi Motor Tiga Fasa Rotor Belitan ...................................... 11
2.7. Penampang rotor dan stator yang memperlihatkan
medan magnet dalam celah udara ................................................... 12
2.8. Vector Diagram Arus Keadaan Seimbang ....................................... 18
2.9. Vector Diagram Arus Keadaan Tidak Seimbang…………………… 19
2.10. Representasi Komponen Simetris .................................................... 25
2.11. Penjumlahansecara Grafis Komponen-Komponen .......................... 25
2.12. Konstruksi Kontaktor Magnit .......................................................... 27
2.13. konstruksi kontaktor magnit secara detail………………………….. 27
2.14. Arduino Uno………………………………………………………… 27
2.17. LCD 2X16 Karakter………………………………………………… 32
2.18. Beberapa Contoh Relay DC Yang Ada Dipasaran…………………. 33
2.19. Jenis-jenis Relay dan Terminal kaki-kaki relay ................................ 34
2.20. sensor arus ACS712………………………………………………... 36
2.21. prinsip dari Hall Effect……………………………………………….….. 38
2.22. Bentuk Fisik Trafo……………………………………………….… 39
2.23. Bentuk Fisik Transistor………………………………………….… 42
2.24. Symbol Transistor………………………………………………….. 43
3.1. Blok Diagram Pengendali Proteksi Motor Induksi 3 Fasa…………... 51
3.2. Rangkaian Power Supplay…………………………………………… 52
3.3. Rangkaian Aktuator………………………………………………….. 53
3.4. Rangkaian Sensor Suhu……………………………………………… 54
3.5. rangkaian sensor arus………………………………………………… 55
3.6. Diagram Alir Pengerjaan Tugas Akhir………………………………. 58
4.1. Skematik Hardware Secara Keseluruhan……………………………. 59
4.2. Fisik Hardware Elektrik Tampak Atas………………………………. 61
4.3. Fisik Hardware Elektrik Tampak Depan……………………………. 61
4.4. Rangkaian Catu Daya……………………………………………….. 63
4.5. pengujian karakteristik dari sensor arus ACS 712…………………... 69
4.6. Bentuk Fisik Rangkaian Pemicu Relay……………………………... 70
4.7. Flowchart Program Sensor Suhu………………………………….… 71
4.8. flowchart program sensor arus…………………………………….... 72
iii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran Halaman Lampiran 1 Daftar Lampiran A .......................................................................... 79
Lampiran 2 Daftar Lampiran B .......................................................................... 86
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang dan Masalah
Penggunaan motor induksi didalam suatu system kelistrikan pembangkit
sangat dibutuhkan dimana kegunaan dari motor induksi ini sendiri adalah sebagai
penggerak. Secara umum motor induksi dapat dioperasikan baik dengan
menghubungkan motor secara langsung kerangkaian pencatu maupun dengan
menggunakan tegangan yang sudah dikurangi ke motor selama periode start. Pada
saat ini banyak sekali mesin-mesin yang difungsikan untuk menggantikan kerja
manusia. Salah satunya yaitu motor induksi tiga fasa. Motor induksi merupakan
motor arus bolak–balik (AC) yang paling luas digunakan dan dapat ditemukan
dalam setiap aplikasi industri seperti belt conveyour, dan lain-lain. Motor induksi
tiga fasa saat ini mempunyai peranan penting dalam memenuhi kebutuhan
tersebut, dikarenakan motor induksi tiga fasa ini lebih efisien dibanding mesin–
mesin lainnya. Saat ini banyak sekali industri-industri yang menggunakan motor
induksi tiga fasa karena beberapa keuntungan yang ada pada motor induksi
tersebut. perawatan motor induksi tiga fasa lebih hemat dibanding motor–motor
lainnya. Dengan adanya efisiensi sedemikian rupa sehingga motor induksi tiga
fasa sangat diminati di dunia perindustrian. kondisi ini tentu mengakibatkan motor
listrik memiliki temperatur yang melebihi temperatur ruangan. Dalam
2 pengaplikasiannya, motor induksi tiga fasa dibutuhkan cara peralatan kontrol yang
dapat memproteksi motor listrik dari gangguan satu fasa sebelum terjadi hubung
singkat antar fasa dan arus lebih dari masing-masing fasa, dengan menggunakan
system control ini maka arus masing-masing fasa akan di setting sesuai
perhitungan arus lebih dari motor induksi tiga fasa yang dapat dikordinasikan
sesuai dengan tegangan jala-jala dari motor listrik. Sehingga sistem proteksi dari
motor listrik dapat lebih akurat.
1.2 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian yang dilakukan adalah :
a. Diperoleh alat yang dapat memproteksi dari gangguan tidak seimbang
dan temperatur lebih pada motor induksi 3 fasa.
b. Memahami cara memproteksi motor induksi 3 fasa dengan
menggunakan program bahasa c.
c. Menghasilkan suatu alat kontrol yang dapat memproteksi motor
induksi tiga fasa dengan metode sistem kontrol yang lebih baik.
1.3 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang diharapkan dapat tercapai, dalam penelitian ini adalah
sebagai berikut :
a. Agar dapat menghindari kerusakan motor secara tidak langsung dari
gangguan tidak seimbang dan temperatur lebih pada saat motor
beroperasi.
3
b. Untuk mengetahui perubahan arus dan temperatur lebih saat motor
induksi tiga fasa beroperasi.
1.4 Rumusan Masalah
Pada tugas akhir ini akan dibahas beberapa hal, antara lain:
a. Bagaimana motor induksi tiga fasa agar terhindar dari gangguan tidak
seimbang dan temperatur lebih saat beroperasi.
b. Bagaimana cara mikrokontroller agar dapat membaca arus dan suhu
pada saat motor beroperasi.
c. Bagaimana cara agar perangkat lunak dan perangkat keras dapat
bekerja sesuai keinginan.
1.5 Batasan Masalah
Ada beberapa hal yang menjadi batasan masalah dalam tugas akhir ini
adalah:
a. Menggunakan motor induksi 3 fasa dengan kapasitas 1 KW
b. Sistem pengendalian utama menggunakan mikrokontroller.
c. Menggunakan pengaman pada sumber tiga 3 fasa ke motor induksi.
1.6 Hipotesis Awal
Hipotesis atau perkiraan tentang hasil akhir penelitian tugas akhir ini adalah :
Motor 3 fasa pada saat beroperasi dapat berisiko terjadi adanya gangguan
yang tidak diduga yang dapat mengakibatkan motor induksi 3 fasa rusak seperti
terjadinya gangguan tidak seimbang dan temperatur lebih, oleh karena itu dari
4 tugas akhir ini ingin merancang sebuah alat yang dapat memproteksi terjadinya
gangguan tidak seimbang dan temperatur lebih tersebut agar dapat mengurangi
terjadinya kerusakan pada motor induksi 3 fasa. Dengan proteksi yang dilakukan
menggunakan mikrokontroller dengan menggunakan sensor arus dan sensor suhu,
yang diharapkan dapat memproteksi motor induksi 3 fasa dari gangguan-
gangguan external misalnya kerusakan yang terjadi diluar sirkuit motor induksi.
Dengan ini diharapkan dapat mengetahui lebih detail tentang kestabilan motor
induksi saat beroperasi.
1.7 Sistematika Penulisan
Dalam sistematika penulisan dari Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:
I. PENDAHULUAN
Bab ini menguraikan tentang latar belakang, tujuan, manfaat, rumusan
masalah, batasan masalah, hipotesis, dan sistematika penulisan.
II. TINJAUAN PUSTAKA
Pada bab ini dijelaskan secara garis besar tentang teori dasar yang
berhubungan dengan alat yang akan dibuat serta hal-hal yang berhubungan
dengan aplikasi alat.
III. METODE PENELITIAN
Berisi langkah-langkah yang dilakukan pada penelitian tugas akhir ini,
diantaranya waktu dan tempat penelitian, alat dan bahan, komponen dan
perangkat penelitian, prosedur kerja dan perancangan.
5
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi mengenai hasil pengujian dan membahas terhadap data-
data hasil pengujian yang diperoleh dari peralatan yang telah dibuat.
V. SIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi simpulan yang diperoleh dari pembuatan dan pengujian
alat, dan saran-saran untuk pengembangan mengenai penelitian ini
maupun untuk penelitian berikutnya.
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Motor Induksi Tiga Fasa
Motor induksi adalah motor listrik arus bolak balik (AC) yang putaran
rotornya tidak sama dengan putaran medan putar pada stator, dengan kata lain
putaran rotor dengan putaran medan pada stator terdapat selisih putaran yang
disebut slip.
Motor induksi, merupakan motor yang memiliki konstruksi yang baik,
harganya lebih murah dan mudah dalam pengaturan kecepatan, stabil ketika
berbeban dan mempunyai efisiensi tingggi. Motor induksi adalah motor (AC)
yang paling banyak digunakan dalam industri dengan skala besar maupun kecil,
dan dalam rumah tangga. Motor induksi ini pada umumnya hanya memiliki satu
suplai tenaga yang mengeksitasi belitan stator. Belitan rotornya tidak terhubung
langsung dengan sumber tenaga listrik, melainkan belitan ini dieksitasi oleh
induksi dari perubahan medan magnetik yang disebabkan oleh arus pada belitan
stator.[1]
Hampir semua motor ac yang digunakan adalah motor induksi, terutama
motor induksi tiga fasa yang paling banyak dipakai di perindustrian karena
banyak memiliki keuntungan, tetapi ada juga kelemahannya.
1. Keuntungan motor induksi tiga fasa:
a. Motor induksi tiga fasa sangat sederhana dan kuat.
7
b. Biayanya murah dan dapat diandalkan.
c. Motor induksi tiga fasa memiliki efisiensi yang tinggi pada kondisi
kerja normal.
d. Perawatannya mudah
2. Kerugian motor induksi tiga fasa:
a. Kecepatannya tidak bisa bervariasi tanpa merubah efisiensi.
b. Kecepatannya tergantung beban.
c. Pada torsi start memiliki kekurangan.[1]
2.2 Konstruksi motor induksi tiga fasa
Motor induksi adalah motor ac yang paling banyak dipergunakan, karena
konstruksinya yang kuat dan karakteristik kerjanya yang baik. Secara umum
motor induksi terdiri dari rotor dan stator. Rotor merupakan bagian yang bergerak,
sedangkan stator bagian yang diam. Diantara stator dengan rotor ada celah udara
yang jaraknya sangat kecil.[1]
Gambar 2.1 gambar konstruksi motor induksi [1]
Komponen stator adalah bagian terluar dari motor yang merupakan bagian
yang diam dan mengalirkan arus fasa. Stator terdiri atas tumpukan laminasi inti
yang memiliki alur yang menjadi tempat kumparan dililitkan yang berbentuk
STATOR ROTOR
8 silindris. Alur pada tumpukan laminasi inti di isolasi dengan kertas (gambar b).
Tiap elemen laminasi inti dibentuk dari lembaran besi (gambar a). Tiap lembaran
besi tersebut memiliki beberapa alur dan beberapa lubang pengikat untuk
menyatukan inti. Tiap kumparan tersebar dalam alur yang disebut belitan fasa
dimana untuk motor tiga fasa, belitan tersebut terpisah secara listrik sebesar 1200.
Kawat kumparan yang digunakan terbuat dari tembaga yang dilapis dengan isolasi
tipis. Kemudian tumpukan inti dan belitan stator diletakkan dalam cangkang
silindris (gambar c). berikut ini contoh lempengan laminasi inti. Lempengan inti
yang telah disatukan, belitan stator yang telah diletakkan pada cangkang luar
untuk motor induksi tiga fasa.[1]
Gambar 2.2 Menggambarkan komponen stator motor induksi tiga phasa [1]
a. Lempengan inti, b. Tumpukan inti dengan kertas isolasi pada beberapa alurnya. c. Tumpukan inti dan kumparan dalam cangkang stator.
2.3 Jenis Motor Induksi Tiga Fasa Dari Segi Rotor
Ada dua jenis motor induksi tiga fasa berdasarkan rotornya yaitu:
a. Motor induksi tiga fasa rotor sangkar tupai
b. Motor induksi tiga fasa rotor belitan
Kedua motor ini bekerja pada prinsip yang sama dan mempunyai prinsip
konstruksi stator yang sama tetapi berbeda dalam konstruksi rotor.
(a) (b) (c)
9 2.4 Motor induksi tiga fasa rotor sangkar tupai
Penampang motor sangkar tupai memiliki konstruksi yang sederhana. Inti
stator pada motor sangkar tupai tiga fasa terbuat dari lapisan-lapisan pelat baja
beralur yang didukung dalam rangka stator yang terbuat dari besi tuang atau pelat
baja yang dipabrikasi. Lilitan-lilitan kumparan stator diletakkan dalam alur stator
yang terpisah 1200 derajat listrik. Lilitan fasa ini dapat tersambung dalam
hubungan delta (∆) ataupun bintang (Y)[1]
Rotor jenis sangkar ditunjukkan pada Gambar 2.3 dibawah ini [1]
(a) Tipikal rotor sangkar, (b) Bagian – bagian rotor sangkar [1]
Batang rotor dan cincin ujung motor sangkar tupai yang lebih kecil adalah
coran tembaga atau aluminium dalam satu lempeng pada inti rotor. Dalam motor
yang lebih besar, batang rotor tidak dicor melainkan dibenamkan kedalam alur
rotor dan kemudian dilas dengan kuat kecincin ujung. Batang rotor motor sangkar
tupai tidak selalu ditempatkan paralel terhadap poros motor tetapi kerap kali
dimiringkan hal ini akan menghasilkan torsi yang lebih seragam dan juga
mengurangi derau dengung magnetik sewaktu motor sedang berputar. Pada ujung
cincin penutup diletakkan sirip yang berfungsi sebagai pendingin.[1]
(a) (b)
10 Motor induksi dengan rotor sangkar ditunjukkan pada Gambar 2.4 dibawah ini
Gambar 2.4 (a) konstruksi motor induksi rotor sangkar ukuran kecil
(b) konstruksi motor induksi rotor sangkar ukuran besar [1]
2.5 Motor induksi tiga fasa rotor belitan
Motor rotor belitan (motor cincin slip) berbeda dengan motor sangkar tupai
dalam hal konstruksi rotornya. Seperti namanya, rotor dililit dengan lilitan
terisolasi serupa dengan lilitan stator. Lilitan fasa rotor dihubungkan secara Y dan
masing-masing fasa ujung terbuka yang dikeluarkan kecincin slip yang terpasang
pada poros motor. Secara skematik dapat dilihat pada gambr 2.5 dari gambar ini
dapat dilihat bahwa cincin slip dan sikat semata-mata merupakan penghubung
tahanan kendali variabel luar kedalam rangkaian rotor. [1]
Gambar 2.5 skematik diagram motor induksi rotor belitan [1]
(a) (b)
11
Pada gambar 2.5 motor ini, cincin slip yang terhubung kesebuah tahanan
variabel eksternal yang berfungsi membatasi arus pengasutan dan yang
bertanggung jawab terhadap pemanasan rotor. Selama pengasutan, penambahan
tahanan eksternal pada rangkaian rotor belitan menghasilkan torsi pengasutan
yang lebih besar dengan arus pengasutan yang lebih kecil disbanding dengan rotor
sangkar.
Konstruksi motor tiga fasa rotor belitan ditunjukkan pada gambar 2.6 dibawah
ini.[1]
Gambar 2.6 (a) rotor belitan, (b) konstruksi motor induksi tiga fasa dengan rotor belitan [1]
2.6 Prinsip kerja motor induksi tiga fasa
Motor induksi adalah peralatan pengubah energi listrik ke bentuk energi
mekanik. Pengubahan energi ini bergantung pada keberadaan fenomena alami
magnet, medan listrik, gaya mekanis dan gerak.
Jika pada belitan stator diberi tegangan tiga fasa, maka pada belitan stator
akan mengalir arus tiga fasa, arus ini menghasilkan medan magnet yang berputar
dengan kecepatan sinkron (ns). medan magnet ini akan memotong belitan rotor,
sehingga pada belitan rotor akan diinduksikan tegangan seperti halnya tegangan
yang diinduksikan dalam lilitan sekunder transformator oleh fluksi yang
(a) (b)
12 dihasilkan arus pada belitan primer. Rangkaian rotor merupakan rangkaian
tertutup, baik melalui cincin ujung atau tahanan luar. Tegangan induksi pada rotor
akan menghasilkan arus yang mengalir pada belitan rotor. Arus yang mengalir
pada belitan rotor berada dalam medan magnet yang dihasilkan stator, sehingga
pada belitan rotor akan dihasilkan gaya (F). gaya ini akan menghasilkan torsi (τ)
dan jika torsi yang dihasilkan lebih besar dari torsi beban, maka rotor akan
berputar dengan kecepatan nr yang searah dengan medan putar stator.
Gambar dibawah ini menggambarkan penampang stator dan rotor motor induksi,
dengan medan magnet diumpamakan berputar searah jarum jam [1]
Gambar 2.7 penampang rotor dan stator yangmemperlihatkan medan magnet dalam celah udara [1]
Untuk arah fluksi dan gerak yang ditunjukkan gambar 2.7 diatas,
penggunaan aturan tangan kanan fleming bahwa arah arus induksi dalam
konduktor rotor menuju pembaca. Pada kondisi seperti itu, dengan konduktor
yang mengalirkan arus berada dalam medan magnet seperti yang ditunjukkan,
gaya pada konduktor mengarah keatas karena medan magnet di bawah konduktor
lebih akurat dari pada medan diatasnya. Agar sederhana, hanya satu konduktor
rotor yang diperlihatkan. Tetapi konduktor-konduktor rotor yang berdekatan
lainnya dalam medan stator juga mengalirkan arus dalam arah seperti pada
13 konduktor yang ditunjukkan, dan juga mempunyai suatu gaya kearah atas yang
dikerahkan pada mereka. Pada setengah siklus berikutnya, arah medan stator akan
dibalik, tetapi arus rotor juga akan dibalik, sehingga gaya pada rotor tetap keatas.
Demikian pula konduktor rotor dibawah kutub-kutub medan stator lain akan
mempunyai gaya yang semuanya cenderung memutarkan rotor searah jarum jam.
Jika kopel yang dihasilkan cukup besar untuk mengatasi kopel beban yang
menahan, motor akan melakukan percepatan searah jarum jam atau dalam arah
yang sama dengan perputaran medan magnet stator.[1]
Untuk memperjelas prinsip kerja motor induksi tiga fasa, maka dapat dijabarkan
dalam langkah-langkah sebagai berikut:
1. Ketika tegangan tiga fasa yang seimbang diberikan pada belitan stator,
maka belitan stator akan menghasilkan arus yang mengalir pada tiap-
tiap fasanya.
2. Arus pada setiap fasa stator akan menghasilkan fluksi yang berubah
terhadap waktu.
3. Amplitudo fluksi yang dihasilkan pada fasa stator berubah secara
sinusoidal dan arahnya tegak lurus terhadap belitan.
4. Penjumlahan dari ketiga fluksi pada belitan stator disebut medan putar
yang berputar dengan kecepatan sinkron (ns), besarnya nilai ns
ditentukan oleh jumlah kutub p dan frekuensi f yang dirumuskan
dengan
푛 = (푟푝푚)……………………………………………………. (2.1)
14
5. Akibat fluksi yang berputar tersebut maka timbul tegangan induksi
pada belitan stator yang besarnya dapat dinyatakan dengan persamaan
berikut.
푒 = −푁 (푣표푙푡) atau 퐸 = 4,44푓푁 훷 (푣표푙푡)…………………(2.2)
6. Fluksi yang berputar tersebut juga memotong belitan rotor. Akibatnya
pada belitan rotor akan dihasilkan tegangan induksi (ggl) sebesar E2
yang besarnya dapat dinyatakan dengan persamaan berikut.
푒 = −푁 (푣표푙푡)…………………………………………………....(2.3)
퐸 = 4,44푓푁 훷 (푣표푙푡)……………………………………….……(2.4)
Dimana:
E2 = tegangan induksi pada rotor saat rotor dalam keadaan diam (volt)
N2 = jumlah lilitan kumparan rotor
횽max = fluksi maksimum (Wb)
7. Karena kumparan rotor merupakan rangkaian tertutup, maka tegangan
induksi tersebut akan menghasilkan arus I2.
8. Arus I2 ini berada pada medan magnet yang dihasilkan oleh stator,
sehingga pada belitan rotor akan dihasilkan gaya (F).[1]
9. Gaya (F) ini akan menghasilkan torsi (τ), jika torsi yang dihasilkan ini
lebih besar dari torsi beban, maka rotor akan berputar dengan
kecepatan ns yang searah dengan medan putar stator.
15
10. Ada perbedaan kecepatan medan putar pada stator (ns) dengan
kecepatan putaran rotor (nr), perbedaan ini disebut slip (s) yang dapat
dinyatakan dengan persamaan berikut.
푠 = × 100% ………………………...…………………………..(2.5)
11. Setelah rotor dalam keadaan berputar, besarnya tegangan yang
diinduksikan pada belitan rotor akan dipengaruhiatau tergantung
terhadap slip(s). tegangan induksi pada rotor dalam keadaan ini dapat
dinyatakan dengan persamaan berikut.
퐸 = 4,44푠푓푁 훷 (푣표푙푡)…………………………………………..(2.6)
퐸 = 푠퐸 ………………………………………………………………(2.7)
Dimana
E2s = tegangan pada rotor dalam keadaan berputar (volt)
ƒ 2= s.ƒ = frekuensi rotor (frekuensi tegangan induksi pada rotor dalam
keadaan berputar)
12. Akibat adanya slip (s), maka nilai frekuensi pada rotor (ƒ2) dan
reaktansi rotor (x2) akan dipengaruhi oleh slip, yang dapat dinyatakan
dengan s ƒ dan sx2.
13. Jika kecepatan putaran rotor (nr) sama dengan kecepatan medan putar
stator (ns), maka slip bernilai nol, tidak ada fluks yang memotong
belitan rotor sehingga pada belitan rotor tidak diinduksikan tegangan,
maka tidak ada arus yang mengalir pada belitan rotor, sehingga rotor
tidak berputar, karena tidak ada gaya yang terjadi pada rotor.[1]
16 2.7 Efisiensi
Efisiensi motor induksi adalah ukuran kefektifan motor induksi untuk
mengubah energy listrik menjadienergi mekanis yang dinyatakan sebagai
perbandingan antara masukan dan keluaran atau dalam bentuk energi listrik
berupa perbandingan watt keluaran dan watt masukan. Definisi NEMA terhadap
efisiensi energy adalah bahwa efisiensi merupakan perbandingan atau rasio dari
daya keluaran yang berguna terhadap daya input total dan biasanya dinyatakan
dalam persen juga sering dinyatakan dengan perbandingan antara keluaran dengan
keluaran ditambah rugi-rugi, yang dirumuskan dalam persamaan berikut:
휂 = = = × 100%..............................................(2.8)
Dari persamaan terlihat efisiensi motor bergantung pada besar rugi-ruginya.
Rugi-rugi pada persamaan tersebut adalah penjumlahan keseluruhan komponen
rugi-rugi yang dibahas sebelumnya. Pada motor induksi pengukuran efisiensi
motor induksi ini sering dilakukan dengan beberapa cara seperti:
1. Mengukur langsung daya elektris masukan dan daya mekanis keluaran
2. Mengukur langsung seluruh rugi-rugi dan daya masukan
3. Mengukur setiap komponen rugi-rugi dan daya masukan,
Dimana pengukuran daya masukan tetap dibutuhkan pada ketiga cara
diatas. Umumnya, daya elektris dapat diukur dengan sangat tepat, keberadaan
daya mekanis yang lebih sulit untuk diukur. Saat ini sudah dimungkinkan untuk
meukur torsi dan kecepatan dengan cukup akurat yang bertujuan untuk
mengetahui harga efisiensi yang tepat. Pengukuran pada keseluruhan rugi-rugi ada
yang berdasarkan teknik kalorimeter. Walaupun pengukuran dengan metode ini
17 relatif sulit dilakukan, keakuratan yang dihasilkan dapat disbanding dengan hasil
yang didapat dengan pengukuran langsung pada daya keluarannya.
Kebanyakan pabrikan lebih memilih melakukanpengukuran komponen rugi-
rugi secara individual, karena dalam teorinya metode ini tidak memerlukan
pembebanan pada motor, dan ini adalah suatu keuntungan bagi pabrikan.
Keuntungan lainnya yang sering disebut-sebut adalah bahwa memang benar error
pada komponen rugi-rugi secara individual tidak begitu mempengaruhi
keseluruhan efisiensi. Keuntungannya terutama adalah fakta bahwa ada
kemungkinan koreksi untuk temperature lingkungan yang berbeda. Biasanya data
efisiensi yang disediakan oleh pembuat diukur atau dihitung berdasarkan standar
tertentu.[1]
2.8 Ketidak Seimbangan Beban
2.8.1. pengertian tentang beban tidak seimbangan
Yang dimaksud dengan keadaan tidak seimbangan adalah
1. Ketiga vektor arus / tegangan adalah sama besar
2. Ketiga vektor saling membentuk sudut 120o satu sama lain, seperti yang terlihat
pada Gambar di samping ini :
18
Gambar 2.8 Vektor Diagram Arus Keadaan Seimbang
Dari gambar 2.8 di atas menunjukan vektor diagram arus dalam keadaan
seimbang. Di sini terlihat bahwa penjumlahan ketiga vektor arusnya (Ir, Is, It)
adalah sama dengan nol. Sehingga tidak muncul arus netral. Sedangkan yang
dimaksud dengan keadaan tidak seimbang adalah keadaan dimana salah satu atau
kedua syarat keadaan setimbang tidak terpenuhi. Kemungkinan keadaan tidak
seimbang ada tiga yaitu :
1. Ketiga vektor sama besar tetapi tidak membentuk sudut 120o satu sama lain
2. Ketiga vektor tidak sama besar tetapi memebentuk sudut 120o satu sama lain
3. Ketiga vektor tidak sama besar dan tidak membentuk sudut 120o satu sama lain.
Seperti yang terlihat pada di bawah ini :
Gambar 2.9 Vektor Diagram Arus Keadaan Tidak Seimbang
19 Dari gambar 2.9 menunjukkan vektor diagram arus dalam keadaan tidak
seimbang. Di sini terlihat bahwa penjumlahan ketiga vektor arusnya (Ir+Is+It)
adalah tidak sama dengan nol sehingga muncul suatu besaran yaitu arus netral (IN)
yang besarnya bergantung pada seberapa besar faktor ketidakseimbangannya.
2.8.2. rugi – rugi daya pada transformator
Arus netral pada suatu sistem distribusi tenaga listrik adalah arus yang mengalir
pada kawat netral di suatu sistem transformator tenaga, arus yang mengalir pada
penghantar netral transformator menyebabkan rugi-rugi (losses) . rugi-rugi pada
penghantar netral transformator dapat dirumuskan sebagai berikut:
PN = IN2.RN…………………………………………………………………...(2.9)
Dimana:
PN : rugi –rugi pada penghantar netral transformator ( watt)
IN :arus yang mengalir pada netral transformator (A)
RN : tahanan penghantar netral transformator ( ohm)
Sedangkan rugi-rugi yang diakibatkan karena arus netral mengalir ke tanah
(ground) dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :
PG = IG2.RG ……………………...………………………………………….(2.10)
Dimana :
PG = rugi – rugi arus netral yang mengalir ke tanah ( watt)
IG = arus netral yang mengalir ke tanah (A)
20 RG = tanahan pembumian netral transformator ( ohm )Ω
2.8.3. Arus netral
Jika I adalah besaran arus fasa dalam penyaluran daya sebesar P pada keadaan
seimbang, maka pada penyaluran daya yang sama tetapi tidak seimbang besarnya
arus-arus fasa dapat dinyatakan dengan koefisien a, b, dan c adalah
[Ia] = a[I]
[Ib] = b[I]
[Ic] = c[I]
Dengan Ia, Ib, dan Ic berturut adalah arus fasa R, S dan T.
Bila faktor daya dari ketiga fasa dianggap sama meskipun besaran arusnya
berbeda, besaraan daya yang disalurkan dapat dinyatakan sebagai :
P = ( a + b + c ) . [ V] . [I] . cos φ…………..………………………………..(2.11)
Apabila persamaan P = ( a + b + c ) . [V] . [I] . cos φ dan persamaan P = 3. [V] .
[I] . cos φ menyatakan daya yang besarnya sama, maka dari kedua persamaan itu
dapat diperoleh persyaratan untuk koefesien a, b, c yaitu
a + b + c = 3
dimana dalam keadaan seimbang nilai a = b = c = 1
dengan anggapan yang sama. Arus yang mengalir pada kawat netral dapat di
nyatakan sebagai berikut
IN = Ia + Ib + Ic
21 = [I] {a + b cos (-120) + j.b.sin (-120) + c.cos (-120) + j.c.sin (120)}
=[I] {a – (b + c) / 2 + j. (c - b) √3 /2}
Pada keadaan seimbang besarnya koefisien a, b, c adalah 1. Dengan demikian
rata- rata ketidakseimbangan beban (dalam %) adalah
= ( | | | | ) x 100 %...........................................................(2.12)
a = , b = , c = …………………………………………………...…..(2.13)
Ir = arus pada fasa r
Is = arus pada fasa s
It = arus pada fasa t
I = jumlah rata-rata arus tiap fasa
Untuk arus tiga fasa dari suatu sistem yang tidak seimbang dapat juga
diselesaikan dengan menggunakan metode komponen simetris. Dengan
menggunakan notasi-notasi yang sama seperti pada tegangan akan didapatkan
persamaan-persamaan untuk arus-arus fasanya sebagai berikut :
Ia = I1 + I2+ I0………………………………………………………….….(2.14)
Ib = a2I1 + a I2+ I0…………………………………………………………(2.15)
Ic = aI1 + a2I2+ I0……………………………….………..............................(2.16)
22
Dengan tiga langkah yang telah dijabarkan dalam menentukan tegangan
urutan positif, urutan negative, dan urutan nol terdahulu, maka arus-arus urutan
juga dapat ditentukan dengan cara yang sama, sehingga kita dapatkan juga :
I1 =1/3( Ia +a Ib+a2 Ic)……………………………………………………..(2.17)
I2 =1/3( Ia +a2 Ib+a Ic)……………………………………………………..(2.18)
I0 =1/3( Ia + Ib+ Ic)………………………………………..............................(2.19)
Di sini terlihat bahwa arus urutan nol adalah merupakan sepertiga dari arus
netral atau sebaliknya akan menjadi nol jika dalam sistem tiga fasa empat kawat.
Dalam sistem tiga fasa empat kawat ini jumlah arus saluran sama dengan arus
netral yang kembali lewat kawat netral, menjadi :
IN = Ia + Ib+ Ic
Dengan mensubstitusikan persamaan
IN =3 I0
Dalam sistem tiga fasa empat kawat ini jumlah arus dalam saluran sama
dengan arus netral yang kembali lewat kawat netral. Jika arus-arus fasanya
seimbang maka arus netralnya akan bernilai nol, tapi jika arus-arus fasanya tidak
seimbang, maka akan ada arus yang mengalir di kawat netral sistem (arus yang
mengalir pada kawat netral tidak sama dengan nol ).
2.9 Analisis Ketidakseimbangan Beban
Menurut Fortescue yang menyatakan tiga fasor tegangan tak seimbang dari
sistem tiga fasa dapat diuraikan menjadi tiga fasa yang seimbang dengan
menggunakan komponen simetris (Stevenson, 1993). Komponen simetris tersebut
23 yaitu urutan positif, negatif dan urutan nol. Himpunan komponen seimbang
tersebut antara lain:
1. Komponen urutan positif yang terdiri dari tiga fasor yang sama besar,
terpisah satu dengan yang lain dalam fasa sebesar 120°, dan mempunyai
urutan fasa yang sama seperti fasor aslinya.
2. Komponen urutan negatif yang terdiri dari tiga fasor yang sama besar,
terpisah satu dengan yang lain dalam fasa sebesar 120°, dan mempunyai
urutan fasa yang berlawanan dengan fasor aslinya.
3. Komponen urutan nol yang terdiri dari tiga fasor yang sama besar dan
dengan pergeseran nol antara fasor yang satu dengan yang lain.
Pemecahan masalah dengan menggunakan komponen simetris bahwa ketiga
fasa dari sistem dinyatakan sebagai a, b, dan c dengan cara yang demikian
sehinggga urutan fasa tegangan dan arus dalam sistem adalah abc, sehingga fasa
komponen urutan positif dari fasor tak seimbang itu adalah abc, sedangkan urutan
fasa dari komponen urutan negatif adalah acb. Jika fasor aslinya adalah tegangan,
maka tegangan tersebut dapat dinyatakan Va, Vb, dan Vc. Komponen urutan
positif untuk Va, Vb, dan Vc adalah Va1,Vb1, dan Vc1 .Demikian pula komponen
urutan negative adalah Va2, Vb2, dan Vc2, sedangkan komponen urutan nol
adalah Va0, Vb0, dan Vc0. Gambar (2.3) menunjukkan tiga himpunan komponen
simetris.
24
Gambar 2.10. Representasi komponen simetris
Gambar 2.11. Penjumlahan secara grafis komponen-komponen
Tegangan tak seimbang setiap fasanya merupakan penjumlahan masing-masing
komponen simetris yaitu:
Tegangan fasa a, Va = Va1+Va2+Va0
Tegangan fasa b, Vb = Vb1+Vb2+Vb0
Tegangan fasa c, Vc = Vc1+Vc2+Vc0
Va
Vb
Vc Va1
Va0
Va2
Vb2 Vb0
Vc1
Vb1
Vc0
Vc2
25 2.10 Kontaktor Magnit
Kontaktor merupakan peralatan listrik yang bekerja berdasarkan prinsip
elektromagnetik.Kontaktor magnit akan bekerja apabila kumparan dialiri arus
listrik maka inti pada kumparan akan menjadi magnet yang akan menarik kontak
pada kontaktor sehingga kontak NO (Normaly open) akan bekerja,disisi lain
kontak NC (Normaly close) akan membuka, sehingga dalam melakukan
perancangan dalam penggunaan kontaktor magnit sangat penting dalam
mengkonfigurasi input masing – masing kontak.Seperti terlihat pada gambar di
bawah ini :
Gambar 2.12 Kontruksi Kontaktor Magnit [2]
Pada gambar di atas terlihat kontak–kontak yang ada pada sebuah kontaktor
magnit, kontak NC akan membuka ketika kontaktor magnit bekerja hal ini terjadi
ketika kumparan magnit pada kontaktor mendapat aliran listrik sehingga plat
kontak akan tertarik. Pada kontak NO akan menjadi tertarik dan kontak menutup
sehingga arus litrik dapat mengalir ke rangkaian motor induksi.
26 Seperti terlihat pada gambar 2.13 berikut ini kontruksi kontaktor magnit secara
ditail :
Gambar Belahan Kontaktor Magnit [2] Gambar Kontaktor Magnit [2]
2.11 Arduino Uno
Arduino Uno adalah arduino board yang menggunakan mikrokontroler
ATmega328. Arduino Uno memiliki 14 pin digital (6 pin dapat digunakan sebagai
output PWM), 6 input analog, sebuah 16 MHz osilator kristal, sebuah koneksi
USB, sebuah konektor sumber tegangan, sebuah header ICSP, dan sebuah tombol
reset. Arduino Uno memuat segala hal yang dibutuhkan untuk mendukung sebuah
mikrokontroler. Hanya dengan menhubungkannya ke sebuah komputer melalui
USB atau memberikan tegangan DC dari baterai atau adaptor AC ke DC sudah
dapat membuanya bekerja. Arduino Uno menggunakan mikrokontroler yang
diprogram sebagai USB-to-serial converter untuk komunikasi serial ke computer
melalui port USB. Tampak atas dari arduino uno dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Adapun data teknis board Arduino UNO R3 adalah sebagai berikut:
Mikrokontroler
27 Tegangan Operasi : 5V
Tegangan Input (recommended) : 7 - 12 V
Tegangan Input (limit) : 6-20 V
Pin digital I/O : 14 (6 diantaranya pin PWM)
Pin Analog input : 6
Arus DC per pin I/O : 40 mA
Arus DC untuk pin 3.3 V : 150 mA
Flash Memory : 32 KB dengan 0.5 KB digunakan untuk bootloader
SRAM : 2 KB
EEPROM : 1 KB
Kecepatan Pewaktuan : 16 Mhz
Gambar 2.14 Arduino Uno
1. Pin Masukan dan Keluaran Arduino Uno
Masing-masing dari 14 pin digital arduino uno dapat digunakan sebagai
masukan atau keluaran menggunakan fungsi pin Mode (), digital Write () dan
digital Read (). Setiap pin beroperasi pada tegangan 5 volt. Setiap pin mampu
menerima atau menghasilkan arus maksimum sebasar 40 mA dan memiliki
28 resistor pull-up internal (diputus secara default) sebesar 20-30 KOhm. Sebagai
tambahan, beberapa pin masukan digital memiliki kegunaan khusus yaitu:
a. Komunikasi serial: pin 0 (RX) dan pin 1 (TX), digunakan untuk
menerima(RX) dan mengirim(TX) data secara serial.
b. External Interrupt: pin 2 dan pin 3, pin ini dapat dikonfigurasi untuk
memicu sebuah interrupt pada nilai rendah, sisi naik atau turun, atau pada
saat terjadi perubahan nilai.
c. Pulse-width modulation (PWM): pin 3,5,6,9,10 dan 11, menyediakan
keluaran PWM 8-bit dangan menggunakan fungsi analogWrite().
d. Serial Peripheral Interface (SPI): pin 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO) dan
13 (SCK), pin ini mendukung komunikasi SPI dengan menggunakan SPI
library.
e. LED: pin 13, terdapat built-in LED yang terhubung ke pin digital 13.
Ketika pin bernilai HIGH maka LED menyala, sebaliknya ketika pin
bernilai LOW maka LED akan padam.
Arduino Uno memiliki 6 masukan analog yang diberi label A0 sampai A5, setiap
pin menyediakan resolusi sebanyak 10 bit (1024 nilai yang berbeda). Secara
default pin mengukur nilai tegangan dari ground (0V) hingga 5V, walaupun
begitu dimungkinkan untuk mengganti nilai batas atas dengan menggunakan pin
AREF dan fungsi analogReference(). Sebagai tambahan beberapa pin masukan
analog memiliki fungsi khusus yaitu pin A4 (SDA) dan pin A5 (SCL) yang
digunakan untuk komunikasi Two Wire Interface (TWI) atau Inter Integrated
Circuit (I2C) dengan menggunakan Wire library.
29 2. Sumber Daya dan Pin Tegangan Arduino Uno
Arduino uno dapat diberi daya melalui koneksi USB (Universal Serial Bus)
atau melalui power supply eksternal. Jika arduino uno dihubungkan ke kedua
sumber daya tersebut secara bersamaan maka arduino uno akan memilih salah
satu sumber daya secara otomatis untuk digunakan. Power supplay external (yang
bukan melalui USB) dapat berasal dari adaptor AC ke DC atau baterai. Adaptor
dapat dihubungkan ke soket power pada arduino uno. Jika menggunakan baterai,
ujung kabel yang dibubungkan ke baterai dimasukkan kedalam pin GND dan Vin
yang berada pada konektor POWER. Arduino uno dapat beroperasi pada tegangan
6 sampai 20 volt. Jika arduino uno diberi tegangan di bawah 7 volt, maka pin 5V
akan menyediakan tegangan di bawah 5 volt dan arduino uno munkin bekerja
tidak stabil. Jika diberikan tegangan melebihi 12 volt, penstabil tegangan
kemungkinan akan menjadi terlalu panas dan merusak arduino uno. Tegangan
rekomendasi yang diberikan ke arduino uno berkisar antara 7 sampai 12 volt.
Pin-pin tegangan pada arduino uno adalah sebagai berikut:
a. Vin adalah pin untuk mengalirkan sumber tegangan ke arduino uno ketika
menggunakan sumber daya eksternal (selain dari koneksi USB atau sumber
daya yang teregulasi lainnya). Sumber tegangan juga dapat disediakan melalui
pin ini jika sumber daya yang digunakan untuk arduino uno dialirkan melalui
soket power.
b. 5V adalah pin yang menyediakan tegangan teregulasi sebesar 5 volt berasal
dari regulator tegangan pada arduino uno.
30 c. 3V3 adalah pin yang meyediakan tegangan teregulasi sebesar 3,3 volt berasal
dari regulator tegangan pada arduino uno.
d. GND adalah pin ground.
3. Bahasa Pemrograman Arduino
Arduino board merupakan perangkat yang berbasiskan mikrokontroler. Perangkat
lunak (software) merupakan komponen yang membuat sebuah mikrokontroller
dapat bekerja. Arduino board akan bekerja sesuai dengan perintah yang ada dalam
perangkat lunak yang ditanamkan padanya. Bahasa Pemrograman Arduino adalah
bahasa pemrograman utama yang digunakan untuk membuat program untuk
arduino board. Bahasa pemrograman arduino menggunakan bahasa pemrograman
C sebagai dasarnya.
4. Fungsi Masukan dan Keluaran Digital
Arduino memiliki 3 fungsi untuk masukan dan keluaran digital pada arduino
board, yaitu pinMode(), digitalWrite() dan digitalRead(). Fungsi pinMode()
mengkonfigurasi pin tertentu untuk berfungsi sebagai masukan atau keluaran.
Sintaksis untuk fungsi pinMode() adalah sebagai berikut:
pinMode(pin, mode) Parameter: pin = angka dari pin digital yang akan
dikonfigurasi mode = konfigurasi yang diinginkan (INPUT, INPUT_PULLUP
dan OUTPUT). Fungsi digitalWrite() berfungsi untuk memberikan nilai HIGH
atau LOW suatu digital pin. Sintaksis untuk fungsi digitalWrite() adalah sebagai
berikut: digitalWrite(pin, value) Parameter: pin = angka dari pin digital yang akan
dikonfigurasi value = nilai yang diinginkan (HIGH atau LOW). Fungsi
31 digitalRead() bertujuan untuk membaca nilai yang ada pada pin arduino uno.
Sintaksis untuk fungsi digitalRead() adalah sebagai berikut: digitalRead(pin)
Parameter: pin = angka dari pin digital yang akan dibaca berikut ini adalah contoh
penggunaan fungsi masukan dan keluaran digital dalam sebuah program:
int ledPin = 13; // LED terhubung ke pin digital 13
int inPin = 7; // pushbutton terhubung ke pin digital 7
int val = 0; // variable untuk menyimpan sebuah nilai
void setup()
{
pinMode(ledPin, OUTPUT); // set pin digital 13 sebagai keluaran
pinMode(inPin, INPUT); // set pin digital 13 sebagai masukan
}
void loop()
{
val = digitalRead(inPin); // baca nilai pin input
digitalWrite(ledPin, val); // sets LED sesuai dengan nilai val }[2.2].
2.11.1 LCD (Liquid Crystal Display)
LCD merupakan suatu jenis penampil (display) yang menggunakan Liquid Crystal
sebagai media refleksinya. LCD juga sering digunakan dalam perancangan alat
yang menggunakan mikrokontroler. LCD dapat berfungsi untuk menampilkan
suatu nilai hasil sensor, menampilkan teks, atau menampilkan menu pada aplikasi
mikrokontroler. Tergantung dengan perintah yang ditulis pada mikrokontroller.
32
Gambar 2.17 LCD 2 x 16 Karakter[3]
LCD yang akan digunakan dalam pembuatan alat pengaturan pakan pada tambak
atau kolam ini adalah LCD dengan tipe karakter 2 x 16 yaitu alat penampil yang
dibuat pabrikan umum dijual dipasaran standar dan dapat menampilkan karakter 2
baris dengan tiap baris 16 karakter. Pada pembuatan alat ini LCD digunakan
sebagai penampil jam dan berat pakan apabila tombol push button ditekan. Oleh
sebab itu harus di atur terlebih dahulu antara sensor berat dengan tombol-tombol
push button kemudian dikonversi oleh ADC pada mikrokontroller.[3]
2.12 Relay
Relay adalah sebuah saklar elektronis yang dapat dikendalikan dari
rangkaian elektronik lainnya. Relayakan bekerja berdasarkan magnit remanen
yang berada didekat kontak relay, sehingga apabila kumparan pada relay
dihubungkan dengan sumber tegangan maka relay akan bekerja. Pada relay ada
dua kondisi yaitu kondisi NO dan NC relay, kondisi NO akan menjadi NC apabila
relay dalam kondisi bekerjadan berlaku kondisi sebaliknya.Relay terdiri dari 3
bagian utama, yaitu :
33
Koil : lilitan.
Commom: bagian yang terhubung dengan NC (dalam keadaan
normal).
Kontak : terdiri dari NO (normaly open) dan NC (normaly closs).
Ada beberapa jenis relay antara lain :
Relay SPST : Single Pole Single Throw.
Relay SPDT : Single Pole Double Throw, terdiri dari 5 buah pin yaitu
: (2) koil, (1) common, (1) NC, (1) NO.
Relay DPST : Double Pole Single Throw, setara dengan 2 buah saklar
atau relay SPST.
Relay DPDT : Double Pole Double Throw, setara dengan 2 buah
saklar atau relay DPDT.
Relay QPDT : Quadruple Pole Double Throw, atau 4 PDT, setara
dengan saklar atau relay SPDT atau 2 buah relai DPDT. Terdiri dari
14 pin (termasuk 2 buah untuk koil ).
Gambar 2.18 Beberapa Contoh Relay DC yang ada dipasaran.
34
Gambar 2.19 Jenis-jenis Relay dan Terminal kaki-kaki relay[2]
2.13 Persyaratan Kualitas Sistem Proteksi
Ada beberapa persyaratan yang sangat perlu diperhatikan dalam suatu
perencanaan sistem proteksi yang efektif, yaitu:
a). Selektivitas dan Diskriminasi
Efektivitas suatu sistem proteksi dapat dilihat dari kesanggupan sistem dalam
mengisolir bagian yang mengalami gangguan saja.
b).Stabilitas
Sifat yang tetap inoperatif apabila gangguan-gangguan terjadi diluar zona yang
melindungi (gangguan luar).
c). Kecepatan Operasi
Sifat ini lebih jelas, semakin lama arus gangguan terus mengalir, semakin besar
kemungkinan kerusakan pada peralatan. Hal yang paling penting adalah perlunya
membuka bagian-bagian yang terganggu sebelum generator-generator yang
dihubungkan sinkron kehilangan sinkronisasi dengan sistem. Waktu pembebasan
gangguan yang tipikal dalam sistem-sistem tegangan tinggi adalah 140 ms.
Dimana dimasa mendatang waktu ini hendak dipersingkat menjadi 80 ms
35 sehingga memerlukan relay dengan kecepatan yang sangat tinggi (very high speed
relaying).
d). Sensitivitas (kepekaan)
Yaitu besarnya arus gangguan agar alat bekerja. Harga ini dapat dinyatakan
dengan besarnya arus dalam jaringan aktual (arus primer) atau sebagai prosentase
dari arus sekunder (trafo arus).
e). Pertimbangan ekonomis
Dalam sistem distribusi aspek ekonomis hampir mengatasi aspek teknis, oleh
karena jumlah feeder, transformator dan sebagainya yang begitu banyak, asal saja
persyaratan keamanan yang pokok dipenuhi. Dalam suatu sistem transmisi justru
aspek teknis yang penting. Proteksi relatif mahal, namun demikian pula sistem
atau peralatan yang dilindungi dan jaminan terhadap kelangsungan peralatan
sistem adalah vital. Biasanya digunakan dua sistem proteksi yang terpisah, yaitu
proteksi primer atau proteksi utama dan proteksi pendukung (back up).
f). Realiabilitas (keandalan)
Sifat ini jelas, penyebab utama dari “outage” rangkaian adalah tidak bekerjanya
proteksi sebagaimana mestinya (mal operation).
g) Proteksi Pendukung
Proteksi pendukung (back up) merupakan susunan yang sepenuhnya terpisah dan
yang bekerja untuk mengeluarkan bagian yang terganggu apabila proteksi utama
tidak bekerja (fail). Sistem pendukung ini sedapat mungkin indenpenden seperti
halnya proteksi utama, memiliki trafo-trafo dan rele-rele tersendiri. Seringkali
hanya triping CB dan trafo -trafo tegangan yang dimiliki bersama oleh keduanya.
Tiap-tiap sistem proteksi utama melindungi suatu area atau zona sistem daya
36 tertentu. Ada kemungkinan suatu daerah kecil diantara zo na -zona yang
berdekatan misalnya antara trafo-trafo arus dan circuit breaker-circuit breaker
tidak dilindungi. Dalam keadaan seperti ini sistem back up (yang dinamakan,
remote back up) akan memberikan perlindungan karena berlapis dengan zona
zona utama. Pada sistem distribusi aplikasi back up digunakan tidak seluas dalam
system tansmisi,cukup jika hanya mencakup titik-titik strategis saja. Remote back
up akan bereaksi lambat dan biasanya memutus lebih banyak dari yang diperlukan
untuk mengeluarkan bagian yang terganggu[4]
2.14 ACS712
Pengukuran arus biasanya membutuhkan resistor shunt yaitu resistor yang
dihubungkan secara seri pada beban dan megubah arus menjadi tegangan.
Tegangan tersebut biasanya di umpankan ke current transformer terlebih dahulu
sebelum masuk kerangkaian pengkondisi sinyal. Teknologi hall effect yang.
diterapkan oleh perusahaan Allegro menggantikan resistor shunt dan current
transformer menjadi sebuah sensor yang ukuran yang relatif jauh lebih kecil yaitu
ACS712
Gambar 2.20 Sensor Arus ACS712[5]
37
Istilah Hall Effect dikenal setelah Edwin H. Hall (1855-1938) menemukan
bahwa jika arus listrik mengalir melalui penghantar yang ditempatkan pada
tranverse medan magnet yang kuat, akan menghasilkan beda potensial yang
melewati penghantar pada kedua sudut penghantar itu. Hall Effect Sensor adalah
suatu transduser yang dapat mengubah besaran medan magnet menjadi besaran
listrik yaitu berupa tegangan. Sensor Hall effect digunakan untuk mendeteksi
kedekatan, keberadaan atau ketiadaan medan magnet dari suatu objek dengan
kritis. Sensor Hall effect digunakan untuk sensor perpindahan, sensor letak atau
jarak, sensor kecepatan dan sensor arus.
Konduktor atau Hall Effect elemen berbentuk lempengan pipih. Pembawa
arus di dalamnya didorong ke tepi atas oleh gaya magnet yang bekerja padanya.
Gaya ini merupakan gaya nonelektrostatik, besar medan nonelektrostatik sama
dengan gaya satuan muatan. Jika pembawa muatan itu elektron, akan ada muatan
lebih menumpuk di pinggir atas lempengan dan meninggalkan muatan lebih
menumpuk di pinggir bawah, sampai medan elektrostatik tranverse dalam
konduktor sama dan berlawanan dengan nonelektrostatik.
Arus tranversal akhir sama dengan nol, maka konduktor itu berada pada
“rangkaian terbuka” dalam arah tranversal, dan beda potensial antara tepi-tepi
lempeng, yang dapat diukur dengan meter, sama dengan GGL Hall dalam
lempeng. Ketika konduktor yang dialiri arus diletakkan di dalam suatu medan
magnet, akan dihasilkan tegangan yang tegak lurus dengan arus dan medan
magnet.
38
Material semikonduktor (Hall Element) dilewati arus. Tegangan keluaran
tegak lurus dengan arah arus. Ketika tidak ada medan magnet, penyaluran arus
sama besar dan tidak ada tegangan seperti pada gambar 2.4(a) Pada saat terdapat
medan magnet tegak lurus terhadap bidang seperti gambar 2.4(b) gaya Lorentz
mendesak arus. Gaya ini mengganggu penyebaran arus, menghasilkan tegangan
pada output. Tegangan ini adalah tegangan Hall (VH).
(a) (b)
Gambar 2.21 Prinsip dari Hall Effect[5]
2.15 Transformator (Trafo)
Umum
Transformator merupakan suatu alat untuk memindahkan daya listrik arus
bolak – balik dari suatu rangkain ke rangkaian lainnya secara induksi magnetik.
Dalam sistem tenaga listrik, trafo digunakan untuk memindahkan energy dari satu
rangkaian listrik ke rangkaian listrik lainnya tanpa menubah frekuensinya.
Biasanya dapat menaikkan atau menurunkan tegangan maupun arus, sehingga
memungkinkan transmisi ektra tinggi.
39 Konstruksi
Konstruksi trafo secara umum terdiri dari:
a) Inti yang terbuat dari lembaranlembaran plat besi lunak atau baja silikon yang
diklem jadi satu.
b) Belitan dibuat dari tembaga yang cara membelitkan pada inti dapat konsentris
maupun spiral.
c) Sistem pendingan pada trafo-trafo dengan daya yang cukup besar.[7]
Gambar 2.22 Bentuk fisik Trafo[6]
2.16 Prinsip Kerja Transformator
Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat mengubah dan
menyalurkan energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian ke
rangkaian listrik yang lain melalui suatu gandengan megnet dan berdasarkan
prinsip induksi elektromagnetik. Transformator di gunakan secara luas baik dalam
bidang tenaga listrik maupun elektronika. Penggunaan transformator dalam sistem
tenaga memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis untuk tiap-
tiap keperluan misalnya, kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman daya
jarak jauh.
40
Transformator terdiri atas dua buah kumparan ( primer dan sekunder )
yang bersifat induktif. Kedua kumparan ini terpisah secara elektrik namun
berhubungan secara magnetis melalui jalur yang memiliki reluktansi ( reluctance )
rendah. Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-
balik maka fluks bolak-balik akan muncul di dalam inti yang dilaminasi, karena
kumparan tersebut membentuk jaringan tertutup maka mengalirlah arus primer.
Akibat adanya fluks di kumparan primer maka di kumparan primer terjadi induksi
sendiri ( self induction ) dan terjadi pula induksi di kumparan sekunder karena
pengaruh induksi dari kumparan primer atau disebut sebagai induksi bersama
(mutual induction) yang menyebabkan timbulnya fluks magnet di kumparan
sekunder, maka mengalirlah arus sekunder jika rangkaian sekunder di bebani,
sehingga energi listrik dapat ditransfer keseluruhan (secara magnetisasi).
푒 = −푁푑휑푑푡
Dimana :
e = gaya gerak listrik ( ggl ) [ volt ] N = jumlah lilitan
= perubahan fluks magnet[8]
2.17 Kapasitor
Kapasitor adalah komponen elektronika yang mempunyai kemampuan
menyimpan elektron-elektron selama waktu yang tertentu atau komponen
elektronika yang digunakan untuk menyimpan muatan listrik yang terdiri dari dua
konduktor dan di pisahkan oleh bahan penyekat (bahan dielektrik) tiap
konduktor di sebut keping. Seperti juga halnya resistor, kapasitor adalah termasuk
41 salah satu komponen pasif yang banyak digunakan dalam membuat rangkaian
elektronika. Kapasitor berbeda dengan akumulator dalam menyimpan muatan
listrik terutama tidak terjadi perubahan kimia pada bahan kapasitor.
Pengertian lain Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat
menyimpan dan melepaskan muatan listrik. Kapasitor atau yang sering disebut
kondensator merupakan komponen listrik yang dibuat sedemikian rupa sehingga
mampu menyimpan muatan listrik. Prinsip sebuah kapasitor pada umumnya sama
halnya dengan resistor yang juga termasuk dalam kelompok komponen pasif,
yaitu jenis komponen yang bekerja tanpa memerlukan arus panjar. Kapasitor
terdiri atas dua konduktor (lempeng logam) yang dipisahkan oleh bahan penyekat
(isolator). Isolator penyekat ini sering disebut sebagai bahan (zat) dielektrik. Zat
dielektrik yang digunakan untuk menyekat kedua penghantar komponen tersebut
dapat digunakan untuk membedakan jenis kapasitor. Beberapa pengertian
kapasitor yang menggunakan bahan dielektrik antara lain berupa kertas, mika,
plastik cairan dan lain sebagainya. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan
listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki
(elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul
pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju
ujung kutup negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung
kutup positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan
elektrik ini “tersimpan” selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kaki nya.
Kemampuan untuk menyimpan muatan listrik pada kapasitor disebuat dengan
kapasitansi atau kapasitas.[9]
42
2.18 Transistor
Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai
sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi
sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran
listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET),
memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber
listriknya.
Gambar 2.23 Bentuk fisik Transistor[10]
Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitor (E)
dan Kolektor (C). Tegangan yang disatu terminal misalnya Emitor dapat dipakai
untuk mengatur arus dan tegangan yang lebih besar daripada arus input Basis,
yaitu pada keluaran tegangan dan arus output Kolektor.
Transistor merupakan komponen yang sangat penting dalam dunia
elektronik Modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier
(penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil
(stabilisator) dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaianrangkaian digital,
transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga
43 dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori
dan fungsi rangkaian-rangkaian lainnya.
Dari banyak tipe-tipe transistor Modern, pada awalnya ada dua tipe dasar
transistor, Bipolar Junction Transistor (BJT atau transistor bipolar) dan Field-
Effect Transistor (FET), yang masing-masing bekerja secara berbeda. Transistor
bipolar dinamakan demikian karena kanal konduksi utamanya menggunakan dua
polaritas pembawa muatan: elektron dan lubang, untuk membawa arus listrik.
Dalam BJT, arus listrik utama harus melewati satu daerah/lapisan pembatas
dinamakan depletion zone, dan ketebalan lapisan ini dapat diatur dengan
kecepatan tinggi dengan tujuan untuk mengatur aliran arus utama tersebut.
FET (juga dinamakan transistor unipolar) hanya menggunakan satu jenis
pembawa muatan (elektron atau Hole, tergantung dari tipe FET). Dalam FET, arus
listrik utama mengalir dalam satu kanal konduksi sempit dengan depletion zone di
kedua sisinya (dibandingkan dengan transistor bipolar dimana daerah Basis
memotong arah arus listrik utama). Dan ketebalan dari daerah perbatasan ini dapat
diubah dengan perubahan tegangan yang diberikan, untuk mengubah ketebalan
kanal konduksi tersebut.[10]
2.18 Jenis Transistor
Gambar 2.24 Simbol Transistor[10]
44 Secara umum, transistor dapat dibeda-bedakan berdasarkan banyak
kategori:
a) Materi semikonduktor: Germanium, Silikon, Gallium Arsenide
b) Kemasan fisik: Through Hole Metal, Through Hole Plastic, Surface
Mount, IC, dan lain-lain
c) Tipe: UJT, BJT, JFET, IGFET (MOSFET), IGBT, HBT, MISFET,
VMOSFET,MESFET, HEMT, SCR serta pengembangan dari transistor
yaitu IC (Integrated Circuit) dan lain-lain.
a) Polaritas: NPN atau N-channel, PNP atau P-channel
b) Maximum kapasitas daya: Low Power, Medium Power, High Power
c) Maximum frekwensi kerja: Low, Medium, atau High Frequency, RF
transistor, Microwave, dan lain-lain.
2.19 BJT
BJT (Bipolar Junction Transistor) adalah salah satu dari dua jenis
transistor. Cara kerja BJT dapat dibayangkan sebagai dua dioda yang terminal
positif atau negatifnya berdempet, sehingga ada tiga terminal. Ketiga terminal
tersebut adalah emiter (E), kolektor (C), dan basis (B). Perubahan arus listrik
dalam jumlah kecil pada terminal basis dapat menghasilkan perubahan arus listrik
dalam jumlah besar pada terminal kolektor. Prinsip inilah yang mendasari
penggunaan transistor sebagai penguat elektronik. Rasio antara arus pada koletor
dengan arus pada basis biasanya dilambangkan dengan β atau hFE. β biasanya
berkisar sekitar 100 untuk transistor-transisor BJT.[10]
III. METODE PENELITIAN
3.1. Waktu dan Tempat
Penelitian dan perancangan tugas akhir ini dilakukan di Laboratorium Konversi
Energi Elektrik Teknik Elektro Universitas Lampung mulai dilaksanakan pada
bulan oktober 2014 dan direncanakan selesai pada bulan juli 2015.
3.2. Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian tugas akhir ini adalah sebagai
berikut:
1. Komponen (bahan) yang terdiri dari:
a. Resistor
b. Kapasitor
c. Sensor suhu
d. Dioda
e. Relay 5 volt
f. Arduino
g. Kontaktor magnit
h. Kabel penghubung
i. Sensor arus ACS712
47
2. Perangkat kerja, yang terdiri dari: a. Motor induksi 3 fasa, 1 kw
b. Komputer pribadi
c. Papan projek (Project Board)
d. Bor PCB
e. Solder dan siongkak
f. Penitik PCB
g. Kabel penghubung
3. Bahan-bahan, yang terdiri dari:
a. PCB
b. Timah
c. acrylic
3.3 Metode penelitian
Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah dengan membuat
suatu rangkaian menggunakan mikrokontroller. Rangkaian ini digunakan untuk
mengontrol komponen motor induksi tiga fasa. Adapun komponen yang dikontrol
adalah arus hubung singkat dan ketidak seimbangan tegangan pada motor induksi
tiga fasa. Sensor arus digunakan sebagai pendeteksi arus gangguan pada masing-
masing fasa R, S dan T sehingga apabila arus yang mengalir di masing-masing
fasa melebihi arus nominal dari motor listrik, maka pada mikrokontroller akan
memberikan intruksi untuk mengamankan motor listrik agar tidak terjadi
kerusakan akibat arus lebih yang diakibatkan gangguan external atau gangguan
internal. Kelebihan dari mikrokontroller yaitu Mikrokontroler tersusun dalam satu
chip dimana prosesor, memori, dan I/O terintegrasi menjadi satu kesatuan kontrol
sistem sehingga mikrokontroler dapat dikatakan sebagai komputer mini yang
48
dapat bekerja secara inovatif sesuai dengan kebutuhan sistem. Kekurangan dari
mikrokontroller yaitu tidak tahan terhadap goncangan, sangat berpengaruh
terhadap medan elektromagnetic.
3.4 Prosedur Kerja
Dalam penyelesaian tugas akhir ini ada beberapa langkah kerja yang dilakukan
diantaranya :
1. Studi literatur.
Dalam studi literatur dilakukan pencarian informasi mengenai segala sesuatu yang
berkaitan dengan penelitian ini, diantaranya adalah:
a. Karakteristik kontaktor magnit dan relay
b. Karakteristik komponen-komponen yang akan digunakan serta prinsip
kerjanya.
c. Cara kerja dan pemrograman mikrokontroller
1. Perancangan Alat
Tahap perancangan alat adalah tahap mulai dari pembuatan catu daya,
pembuatan aktuator rangkaian sensor suhu, sensor arus untuk pengukuran
pada motor induksi 3 phasa, pemrogaman mikrokontroler.
2. Pengujian
Aktivitas yang dilakukan dalam tahap pengujian adalah melakukan
pengujian alat yang telah selesai dirancang. Dalam tahap ini kita dapat
melihat apakah alat sudah berjalan dengan baik dan telah sesuai dengan
referensi yang digunakan. Dalam tahap pengujian ini juga akan dilakukan
49
pengambilan data-data yang akan digunakan dalam analisa hasil
pengujian.
A. Tahap pengujian yan dilakukan adalah sebagai berikut,
1. Pengujian Catu daya
Pengujian pada tahap ini adalah pengukuran untuk melihat output
tegangan dari rangkaian catu daya hal ini bertujuan apakah hasil
pengukuran sesuai dengan out put tegangan yang diinginkan yaitu 9 –
12 VDC.
2. Pengujian Aktuator
Pengujian pada tahap ini adalah pengujian apakah rangkaian aktuator
dapat bekerja sesuai perancangan yaitu rancangan aktuator dapat
menjadi pemutus sumber tegangan motor induksi 3 fasa ketika sensor
arus mendeteksi adanya ke tidak seimbangan beban.
3. Pengujian mikrokontroler
Pengujian mikrokontroler dilakukan dengan melihat PORT A sebagai
input sensor suhu dan arus serta PORT C sebagai pemicu rangkaian
aktuator.
4. Pengujian Rangkaian Sensor Suhu.
Pengujian pada sensor suhu yaitu pengujian yang bertujuan apakah
sensor suhu yang dipakai pada rancangan alat ini dapat dijadikan
sebagai sensor yang dapat mendeteksi perubahan suhu pada motor
induksi.
50
5. Pengujian Sensor Arus
Pengujian perangkat ini dilakukan dengan mengukur tegangan
keluaran ACS712. Dan melihat apakah sensor arus dapat mendeteksi
perubahan ke tidak seimbangan arus pada motor induksi.
6. Pengujian keseluruhan
Pengujian pada tahap akhir adalah pengujian secara menyeluruh.
Pengujian ini dilakukan untuk melihat hasil dari ke tidak seimbangan
beban, perubahan suhu pada motor induksi dan pengaruhnya terhadap
rangakain aktuator.
3. Analisa data hasil pengujian
Setelah pengujian dan pengambilan data telah dilakukan, tahap yang
selanjutnya adalah analisa hasil pengujian. Data-data yang telah didapat
ini akan dianalisa dan dibandingkan dengan teori yang ada. Dan pada
akhirnya dapat diambil kesimpulan akhir penelitian.
51
3.5 Penentuan spesifikasi rancangan.
Blok diagram pada penelitian dapat dilihat pada gambar 3.1 berikut
Gambar 3.1. Blok diagram pengendali proteksi motor induksi 3 fasa.
3.6 Perancangan perangkat keras.
Berdasarkan blok diagram diatas adapun peralatan yang digunakan adalah
sebagai berikut :
1. Power supply
Power supply merupakan perangkat yang terdiri dari beberapa
komponen elektronika, secara fungsi power supply digunakan sebagai
pengubah tegangan ac yang dihasilkan oleh transformator menjadi
tegangan DC. Tegangan DC yang dihasilkan oleh power supply akan
digunakan untuk sumber tegangan pada mikrokontroller maupun
peralatatan yang lainya.
AC 3F
Sensor suhu
Mikrokontroler
Motor 3 phase
Sensor arus ACS 712
Aktuator
Display
52
Gambar 3.2. Rangkaian power supply
2. Rangkaian Aktuator
Aktuator merupakan rangkaian yang berfungsi untuk mengeksekusi
perintah dari mikrokontroller, pada rangkaian ini juga berfungsi sebagai
rangkaian pemisah antara sumber tegangan DC dengan sumber tegangan
AC.
53
Gambar 3.3. Rangkaian Aktuator
3. Rangkaian Sensor Suhu
Sensor suhu LM35 berfungsi untuk mengubah besaran fisis yang berupa
suhu menjadi besaran elektris tegangan. Sensor ini memiliki parameter
bahwa setiap kenaikan 1ºC tegangan keluarannya naik sebesar 10mV
dengan batas maksimal keluaran sensor adalah 1,5 V pada suhu 150°C.
Pada perancangan alat akan ditentukan keluaran adc mencapai full scale
pada saat suhu 100°C, sehingga saat suhu 100°C tegangan keluaran
transduser (10mV/°C x 100°C) = 1V. Tegangan dari IC LM35 akan
diproses dengan menggunakan rangkaian pengkondisi sinyal agar sesuai
dengan tahapan masukan ADC. Sensor LM35 memiliki tegangan kerja 5
Volt namun outputnya hanya antara 0.01 Volt sampai 1.00 Volt range
54
pengukuran IC LM35 hanya berkisar antara 0 – 100°C dengan perubahan
sebesar 10mV/1°C. Dengan ketelitian yang dimiliki maka sensor tersebut
dapat diterapkan langsung dengan Mikrokontroller AVR ATmega8535
yang memiliki ADC internal 10 bit, sehingga output dari LM35 dapat
langsung di koneksikan ke ADC internal Mikrokontroller AVR
ATmega8535. sensor ini dijadikan acuan oleh mikrokontroller sebagai
perintah untuk membuat Pin output berlogika high atau low, sensor ini
dipasang pada Pin ADC(Analog Digital Converter) mikrokontroller. ketika
sensor suhu mendeteksi adanya perubahan suhu pada motor induksi maka
sensor suhu akan mengubah perubahan suhu tersebut menjadi bentuk
perubahan sinyal tegangan kemudian perubahan sinyal tegangan yang
dikirim oleh sensor suhu akan diproses oleh mikrokontroller sebagai
perintah.
Gambar 3.4 Rangkaian Sensor Suhu
55
4. Rangkaian Sensor Arus
Sensor arus AC yakni menggunakan sensor hall effect yang dapat mengukur
medan magnet disekitar kawat berarus. Sensor arus yang digunakan adalah
ACS712. Sensor ini dapat mengukur arus hingga 30 Ampere. Sensor arus
digunakan sebagai pendeteksi arus gangguan pada masing-masing fasa R,
S dan T sehingga apabila arus yang mengalir di masing-masing fasa
melebihi arus nominal dari motor listrik, maka pada mikrokontroller akan
memberikan intruksi untuk mengamankan motor listrik agar tidak terjadi
kerusakan akibat arus lebih yang diakibatkan gangguan external atau pun
gangguan internal. Rangkaian sensor arus memerlukan tegangan input sebesar 5
VDC.
Gambar 3.5 Rangkaian Sensor Arus
56
5. Motor Induksi 3 Fasa
Motor induksi 3 fasa yang digunakan dalam melakukan pengambilan data
yaitu motor induksi dengan kapasitas daya yang kecil, hal ini dilakukan
ketidak tersedianya motor induksi dengan kapasitas besar di laboratorium.
Pengujian dilakukan sebagai pembuktian dari teori yang digunakan dan
perancangan alat yang dibuat, sehingga dapat diambil data yang dapat
dilakukan analisa dan penyelesain setiap gangguan pada motor listrik.
6. Perancangan perangkat lunak.
Perancangan perangkat lunak digunakan untuk menjalankan
mikrokontroller agar dapat berfungsi sebagimana mestinya mikrokontroller
sebagai pengendali pada alat tersebut, penulisan perintah ini menggunakan bahasa
pemrograman C dengan menggunakan software IDE Arduino Perangkat lunak
yang direncanakan untuk mikrokontroller mempunyai fungsi sebagai berikut :
1. Sebagai pemberiprintah pada LCD, yang digunakan sebagai indicator
ketika peralatan bekerja.
2. Menerima input dari sensor arus dan sensor suhu
3. Menghasilkan keluaran yang digunakan sebagai pemicu aktuator
sehingga beroperasi (on/off).
7. Pembuatan alat.
Langkah selanjutya setelah perancangan pembuatan alat berdasarkan
sketsa awal yang telah dibuat tersebut. Adapun beberapa proses yang dilakukan
dalam pembuatan alat ini adalah sebagai berikut:
57
a. Menuliskan algoritma program ke mikrokontroller.
b. Menggambar rangkaian elektronik menggunakan komputer dengan
bantuan program aplikasi diptrace.
c. Memplot hasil gambar rangkaian pada PCB.
d. Melakukan pelarutan pada PCB dengan larutan ferokorit.
e. Melakukan pengeboran pada PCB.
f. Melakukan pemasangan komponen pada PCB.
g. Mendesain tata letak masing-masing bagian (block) pada alat yang
selesai dibuat.
8. Pengujian alat.
Pengujian dari hasil perancangan pengaman motor listrik dari gangguan
hubung singkat dan kelebihan beban yang dilengkapi dengan pengaman
temperatur lebih, dilakukan pada masing-masing bagiannya yaitu pada
rangkaian dan program. Pada pengujian perangkat keras dilakukan
pengujian per-blok rangkaian. Sedangkan pada perangkat lunak yaitu
dilakukan pengujian pada mikrokontroller apakah dapat bekerja dengan
baik sesuai dengan program yang dibuat atau tidak yaitu dengan
memberikan inputan dan melakukan pengecekan dikeluaran dari
mikrokontroller tersebut, setelah kedua hal diatas terpenuhi maka
selanjutnya adalah pengujian rangkaian secara keseluruhan. Pengujian per-
blok bertujuan agar kesalahan pada rangkaian dapat diketahui apakah
masing–masing bagian dari rangkaian dapat berfungsi dengan baik
sebagaimana mestinya. Sedangkan pengujian keseluruhan di maksudkan,
58
untuk mengetahui apakah hasil dari perancangan yang telah selesai
pengerjaannya dapat bekerja dengan baik sesuai dengan spesifikasi, dan
rancangan dari alat tersebut.
9. Diagram alir penelitian
Diagram alir penelitian dapat dilihat pada gambar
Gambar 3.6 Diagram alir pengerjaan tugas akhir
V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Simpulan Berdasarkan pengamatan dan pengujian alat secara keseluruhan maupun
perbagian dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1. Dengan dibuatnya alat ini didapat system proteksi motor induksi 3 fasa
Yang menggunakan mikrokontroller.
2. Dapat mempermudah cara mengetahui suhu pada motor saat melebihi
suhu di kapasitas motor tersebut.
3. Pada saat pengujian sensor arus dan sensor suhu diketahui bahwa arus
pada jala-jala PLN tidak selalu seimbangan antara fasa, ini mempengaruhi
kerja dari motor 3 fasa untuk itu perlu dibuat proteksi saat tegangan tidak
seimbang.
5.2 Saran 1. Perlunya pengujian mengenai peralatan-peralatan elektronika yang
digunakan sebagai peralatan pendukung dalam tugas akhir ini agar dapat
diketahui tingkat keandalannya dalam jangka panjang.
2. Penggunaan sensor arus pada penelitian selanjutnya baiknya
menggunakan sensor arus Clam Ampere.
3. Sebaiknya perlu dilakukan pengoptimalan fitur - fitur yang ada pada
mikrokontroler untuk diaplikasikan pada motor induksi 3 fasa.
DAFTAR PUSTAKA
[1] David H. Sirait: Analisis Starting Motor Induksi Tiga Phasa Pada PT. Berlian Unggas Sakti TJ. Morawa,2008. USU Repository© 2009 (di unduh jumat 13 desember 2013 jam 00:12).
[2] Sujarot, Rancang Bangun Starting Motorinduksi 3 Fasa Hubung Bintang-Segitiga Dilengkapi Pengaman 3 Fasaberbasis Mikrokontroler Atmega8535,UNILA,2012.
[3] Andryawan Singgih. Rancang Bangun Pengaturan Pakan Pada Model Tambak Secara Otomatis Berbasis Mikrokontroler ATMEGA32(prototipe)” skripsi.UNILA,2013.
[4] http://dunia-listrik.blogspot.com/2008/11/dasar-dasar-sistem-proteksi.html (diunduh jumat 08 mei 2015 jam 10:16)
[5] Kurniawan ady. Monitoring besaran listrik dari jarak jauh Pada jaringan
listrik 3 fasa
Berbasis single board computer bcm2835, UNILA,2015
[6] http://all-elektro.blogspot.com/2012/01/transformator-trafo.html (diunduh sabtu 02 mei 2015 jam 11:19)
[7] Widiatmoko Catur. Perancangan Transformator Daya Satu Fasa Core type dengan bantuan pc. Universitas Diponegoro Semarang,(2004)
[8] Manurung Mangiring. "Studi Pengujian Vektor Group Transformator
Distribusi Tiga Phasa (Aplikasi pada PT. Morawa Electric Transbuana)." (2010).
[9] Suarmayasa Putu. Paper Kapasitor/Kondensator. Universitas Pendidikan
Ganesha, 2012 [10] Darsana Putu. Sistem Proteksi Daya Listrik Berbasis Mikrokontroler
Atmega 16 Dengan Sensor Arus. Universitas Negeri Yogyakarta. 2015 [11] Wijaya, Mochtar,S.T.:Dasar-Dasar Mesin Listrik.Jakarta.Djambatan,2001.
(di unduh sabtu 23 november 2013 jam 23:11).
